农业气象学5

青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风第五章气压和风1.气压、气压场2.空气的水平运动(风)3.大气环流青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风1.气压的概念▲大气在地球重力场的作用下，对地球表面施予的压力，称为大气压力。▲单位面积上受到的大气压力，称大气压强，简称气压（P）。压强单位：Pa1Pa=1N/m2(牛顿/m2)气压单位：百帕(hPa)1hPa=100Pa第一节气压和气压场一、气压及其变化青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风2.气压的变化(1)气压随时间变化a.气压的周期性变化（1.气压的日变化；2.年变化）b.气压的非周期性变化(2)气压随空间的变化a.气压的垂直变化b.气压的水平分布青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风（2）气压随空间的变化a.气压的垂直分布b.气压的水平分布青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风a.气压的垂直分布由于大气层的厚度随高度的增高而变薄，空气密度也随高度增高而迅速减小，所以，气压随高度增高而急剧减小。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风大气静力学方程如果空气处于静止状态，则作用在小薄气柱上各个方向的力都相等，气象学上称这种空气状况为静力平衡状态。P=-WW=gzP=-gz地面gdZdP青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风压高公式273/1;lg)1(184002112aPPtaZZ)(ln12122121ZZTRgPPdzTRgPdPdzTRgPdPgdzdPdPPzzddTRPd青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风273/1;lg)1(184002112aPPtaZZ青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风b.气压的水平分布各地温度不同空气密度分布有差异气压的水平分布不均匀。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风1.气压场气压在空间的分布状况称为气压场。气压场可以用等高面上的等压线分布图；等压面上的等高线分布图表示。2.气压场的基本型式3.气压系统的空间结构(垂直结构)二、气压场青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风（1）等高面图高度处处相等的面叫做等高面。等高面上的气压分布情况可用等压线来表示。绘制出等高面上的等压线这个水平面上的气压分布情况。1.气压场（等高面图、等压面图）青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风（2）等压面图等压面是空间气压相等的各点所组成的面。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风等压面上的高度–位势米位势：单位质量空气相对于海平面所具有的位能称为重力位势。gz1kg空气上升1m时，克服重力作了9.8J的功，该空气获得9.8J/kg的位势能单位：位势米（9.8J/kg）H：位势高度(位势米)；位势米Z：几何高度(m);g：重力加速度(m/s2)ZgH8.9青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风2.气压场的基本型式（1）低气压：具有闭合等压线，中心气压低，外围气压高的气压区。（2）低压槽：从低压区里延伸出来的狭长区域。在低压槽中，各等压线弯曲最大处的连线称槽线。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风2.气压场的基本型式（3）高气压：具有闭合等压线，中心气压高，外围气压低的气压区。（4）高压脊：从高压区里延伸出来的狭长区域。在脊中，各等压线弯曲最大处的连线称脊线。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风2.气压场的基本型式（5）鞍形场：两个高压和两个低压交错相对的中间区域，称为鞍形场青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风2.气压场的基本型式高空气压场青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风3.气压系统的空间结构（垂直结构）气压系统存在于三维空间中，在静力平衡下，气压系统随高度的变化同温度分布密切相关。■温压场对称系统暖性高压、冷性低压、暖性低压、冷性高压温度场与气压场配置重合的系统。■温压场不对称系统温度场与气压场配置不重合的系统。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风3.气压系统的空间结构（垂直结构）（1）温压场对称系统a.暖性高压b.冷性低压c.暖性低压d.冷性高压青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风3.气压系统的空间结构（垂直结构）（2）温压场不对称系统高气压：由于暖区一侧气压随高度升高而降低比冷区一侧慢，所以高压中心越到高空越向暖区靠近。低气压：由于冷区一侧气压随高度升高而降低比暖区一侧快，所以低压中心越到高空越向冷区靠近。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风第二节空气的水平运动一、作用于空气质点上的力(形成风的作用力)二、大气中的风1.自由大气中空气的水平运动(地转风、梯度风)2.摩擦层中空气的水平运动青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风空气的任何方向运动，均可分解为水平和垂直方向的两个部分。气象学上把空气的水平运动称之为风。风是矢量，包括风向和风速。风向：指风的来向，通常用16个方位表示。风速：指单位时间内空气水平移动的距离，用米·秒-1表示。风的概念青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风1.水平气压梯度力(AirPressure-GradientForce)气压梯度：指垂直于等压面，向气压减低的方向，在单位距离内气压减低的数值。气压梯度力：由于气压梯度的存在，空气从高压区流向低压区，这种促使空气流动的力称之为气压梯度力（G）。(单位质量空气受到的气压梯度力)一、作用于空气质点上的力(形成风的作用力)NPG1NP青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风2.水平地转偏向力(CoriolisForce)空气在转动着的地球上运动着，当运动着的空气质点依其惯性顺着气压梯度力的方向运动时，由于地球转动而产生的使空气偏离气压梯度力方向的力，叫做地转偏向力(A)。sin2VA青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风3.惯性离心力(Centrifugalforce)当空气作曲线运动时，还要受到惯性离心力。惯性离心力的方向，同空气运动方向相垂直，并自曲线路径的曲率中心指向外线。rVCrVrC22　　青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风4.摩擦力(Frictionforce)两个相互接触的物体相对运动时，接触面之间所产生的一种阻碍物体运动的力。摩擦力–内摩擦力、外摩擦力内摩擦力：速度不同或方向不同的，相互接触的两个空气层之间所产生的一种相互牵制的力。外摩擦力：空气贴近下垫面运动时，下垫面对空气的阻力。它的方向与空气运动方向相反，大小与空气运动速度和摩擦系数成正比。kVR青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风上述四个力，都是在水平方向上作用于空气的力。近地面层所测得的风，都是这四个力共同作用的结果。气压梯度力是产生风的主要动力。其它力是空气开始运动后产生和起作用的，其作用视具体情况而不相同。讨论低纬度地区空气运动时，有时可不考虑地转偏向力。空气作近似直线运动时，惯性离心力可以不考虑。讨论高层大气的空气运动时，一般不考虑摩擦力。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风1.自由大气中空气的水平运动a.地转风在自由大气等压线平直的气压场中，水平气压梯度力与水平地转偏向力相平衡时所形成的风，称为地转风。二、大气中空气的水平运动风压定律(风与气压场的关系)背风而立，高压在右，低压在左。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风1.自由大气中空气的水平运动b.梯度风在自由大气中，空气作曲线运动时，除了受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用外，还受惯性离心力的作用，在这三个力达到平衡时的风，称为梯度风。北半球：低压中的梯度风平行于等压线，绕低压中心作逆时针方向旋转-气旋高压中的梯度风平行于等压线，绕高压中心作顺时针方向旋转-反气旋青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风2.摩擦层中空气的水平运动在摩擦层中，由于摩擦层的作用，使空气运动不沿等压线，而是穿过等压线，向着梯度力的方向偏去。交角：摩擦力越大，风速降低得越多，交角越大。陆上：35-45；该气压场所应有的地转风速的35-45%海上：10-20；该气压场所应有的地转风速的60-70%风青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风第三节大气环流一、三圈环流二、季风环流三、地方性风青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风大气环流：地球上各种规模空气运动状况称为大气环流。大气环流即包含大尺度的大气运动，也包含一些中、小尺度的大气运动。形成大气环流的主要因素：a.太阳辐射造成的赤道与极地之间的温度差异b.地球自转造成的对气流运动的偏转作用c.地球表面海陆分布和地形条件的影响青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风1.单圈环流假设地球表面是均匀一致的，并且没有地球自转运动。空气既无摩擦力、也无地转偏向力一、三圈环流青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风2.三圈环流只受太阳辐射和地球自转影响所形成的环流圈，称为三圈环流。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风3.行星风系和大气活动中心行星风系：地球表面气压带的分布都是相互平行的，沿纬圈环绕地球成带状的分布。赤道低压带、副热带高压带、副极地低压带、极地高压带由这些气压带所产生的相应的风带，称为行星风带。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风3.行星风系和大气活动中心大气活动中心由于海陆分布和地形条件的影响，使得上述有规律性分布的气压带和风带或者断裂，或者变形。由于海陆分布割断了带状分布的纬向气压带而形成的高、低压中心，对天气有决定性影响，故称为大气活动中心。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风季风：大范围的盛行风向随季节有显著改变的现象称为季风。显著改变：一月和7月盛行风向改变至少120。季风的形成原因：海陆之间对热力反应发生差异所引起；行星风带季节性移动所致。二、季风环流青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风我国的季风环流冬季：空气来之大陆高纬度地区（蒙古高压）带来干冷空气(西北风、北风和东北风)天气：晴朗、干冷。夏季：风从海洋吹向陆地（太平洋副热带高压）带来温暖湿润（西南风、南风、东南风）天气：多云、多雨青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风地方性风：与地形或地表性质有关的局部地区的风，称为地方性风。1.海陆风在沿海地区发生的昼夜间有风向转换现象的风，称为海陆风。白天风由海洋吹向陆地称为海风。夜间风由陆地吹向海洋称为陆风。三、地方性风青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风2.山谷风在山区出现的随昼夜交替而转换风向的风，称为山谷风。昼间风由山谷吹向山顶称为谷风。夜间风由山顶吹向山谷称为山风。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风3.焚风气流翻越高大山岭时，在背风坡绝热下沉，形成又干又热的风称为焚风。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风4.峡谷风当空气由开阔地区进入狭窄谷地时，谷口截面积小，但空气质量又不可能在这里堆积，于是气流就必须加速前进，因而形成了强风，这种风称为峡谷风。青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风1.风可以调节农田小气候状态风能影响农田湍流交换强度：增强地面与空气的热量和水分等的交换增加土壤蒸发和作物蒸腾增加空气中CO2等成分的交换作物群体内部的空气不断更新，对株间的温度、水汽、CO2等调节有重要作用→影响作物的光合作用和蒸腾作用。第四节风与农业生产青岛农业大学植农学与植保学院农业气象学第五章气压和风2.风对花粉、种子传播的影响有些异花授粉植物是靠风来传播花粉，微风能提高授粉、受